CN1120591C - 直接扩频/码分多址综合扩频相干接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明扩频综合相干接收装置以时分复用的相关器组及由此得到的相干信道估计器组为核心，集PN初始同步与跟踪、RAKE分集相干合并、AFC及多小区搜索与合并接收、越区软切换为一体，并引入了“基于滑动能量窗的部分并行捕获方法”和“基于能量窗重心的跟踪环”等设计方法，对多径能量窗进行并行处理，而非Qualcomm公司相应专利中对单径进行分别处理，从而具有较强的克服多径衰落能力，能保证RAKE接收的最佳性能，并在较大程度上简化了RAKE接收机的硬件结构。

Description

直接扩频/码分多址综合扩频相干接收装置

本发明属于CDMA蜂窝通信系统领域。

移动通信以其特有的灵活、便捷的优点满足了现代社会人们对通信技术的要求，成为80年代中期以来发展最为迅速的通信方式。在移动通信的多种体制中，CDMA蜂窝通信技术以其频率规划简单、系统容量大、抗多径能力强、通信质量好、电磁干扰小等特点显示出巨大的发展潜力。由美国Qualcomm公司最先提出、目前在世界范围内得到较快发展的IS-95CDMA蜂窝通信系统即采用该技术。第三代数字蜂窝移动通信系统的几种主要候选方案均建立在CDMA技术基础上。

移动通信系统中存在着多径衰落现象，会造成严重的多径干扰。在采用了扩展频谱技术的CDMA蜂窝移动通信系统中，通过接收带有确知信息的导频(Pilot)信号，可以对多径信号的幅度和相位信息进行估计，从而使得多径分集和相干接收成为可能。针对多径衰落信号进行分集处理的相干扩频接收机称为RAKE相干接收机，它可对多个携有相同信息且衰落特性相互独立的单径信号进行相位校正并进行最大比合并处理，从而达到克服多径衰落，提高接收信号与干扰比之目的。

为了实现RAKE接收功能，必须实现本地扩频序列(PN码)与接收信号的同步，这种同步分别由捕获和跟踪两个步骤完成。其中捕获步骤完成PN码的初始同步(粗同步)，由搜索和确认两个阶段完成；而跟踪步骤完成PN码的精细同步。两个步骤相互结合，为RAKE接收机提供所需的PN码。

CDMA蜂窝移动通信扩频接收机还必须具备对来自多个基站的发送信号进行分集合并接收的能力，从而实现越区软切换，并改善接收机在小区交界处的接收性能。

由于成本的限制，CDMA接收机在开机或失锁状态常常存在较大的本振频率偏移，因而必须引入自动频率校正(AFC)功能，以使得RAKE接收机在较大的本振频率偏移状况下正常工作。

本发明的目的是针对移动通信环境下多径信号的不确定性，引入了“能量窗重心”设计方法，对多径能量窗进行并行处理，综合考虑同步跟踪、RAKE分集相干合并、AFC及多小区搜索与合并接收、越区软切换，从而使得CDMA扩频接收机性能得到改善，同时减少所需的硬件资源。

本发明由以下技术方案实现：

本发明扩频综合相干接收装置以时分复用的相关器组及由此得到的相干信道估计器组为核心，集PN初始同步与跟踪、RAKE分集相干合并、AFC及多小区搜索与合并接收、越区软切换为一体，并引入了“基于滑动能量窗的部分并行捕获方法”和“基于能量窗重心的跟踪环”等设计方法，对多径能量窗进行并行处理，而非Qualcomm公司相应专利中对单径进行分别处理，从而具有较强的克服多径衰落能力，能保证RAKE接收的最佳性能，并在较大程度上简化了RAKE接收机的硬件结构。

以下详细说明本发明的原理：

CDMA扩频相干接收机算法主要由信道参数估计、最大比合并以及与此相关的初始PN捕获、跟踪、自动频率校正、越区搜索、切换与宏分集等部分组成，分别简述如下。1、信道参数估计：

CDMA系统中的导频(Pilot)信道用于传送事先确知的导频序列，可用于系统定时和载波的提取、信道估计、越区切换等。若系统同时发射若干个信道的信号，则等效基带接收信号可表示为： $r\left(t\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{c}_n\·\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{s}_i(t-n/W)+z\left(t\right)$ [公式1]其中，s₁(t)表示下行信道所发送的第i个码分信道的等效基带信号，i＝0的分项对应于Pilot信道；z(t)是零均值的复数白色高斯噪声；c_n为信道第n径的衰落因子。信道参数估计的目的在于根据接收信号r(t)和确知的导频序列占s₀(t)估计出信道衰落因子c_n。

假设移动信道为频率选择性慢衰落信道模型，则可认为在一个信道估计区间内c_n近似为常数。由此可得出c_n的估计值如下： ${\stackrel{-}{c}}_n=\frac{1}{{\mathrm{NE}}_c}{\∫}_0^{{\mathrm{NT}}_c}r(t-n{T}_c)\·s_0^{*}\left(t\right)\mathrm{dt}=c_n+N_a+N_c+N_z$ [公式2]式中N_a、N_c和N_z分别是扩频码的相关特性不够理想造成的多径干扰、多址干扰以及白噪声通过相关器后产生的输出；T_c为一个码片的时问宽度，NT_c为信道估计的积分区间；E_c是导频信道在一个码片之内的发送能量。2、最大比合并：

在得到了各径的信道参数估计值之后即可对承载数据传输的其它码道进行相干解调，为此只需将其它码道各径分别进行解扩，并利用公式2得到的信道估计参数 对各径解扩结果进行幅度加权和相位校正，使之能够同相合成。该过程称作为最大比合并，具体可由以下公式描述： ${\stackrel{\‾}{d}}_i=\frac{1}{E_b}\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\‾}{c}}_n^{*}{\∫}_0^{I_s}r(t-n{T}_c)\·s_i^{*}\left(t\right)\mathrm{dt}$ [公式3]式中 d_i为第i路数据承载码道所传输的数据；T_s为该数据的持续间隔； 为

的共轭运算。实际应用中，并不是RAKE接收机所能分辨的每一径上均有有效信号分量，需要对

进行门限判决，并只需对高于门限的多径分量进行合并。3、本地导频信号的恢复：

在上述的信道估计运算中，需要确知所发送的导频信号s₀(t)，为此需要根据接收信号r(t)在本地恢复出所需的导频信号占s₀(t)。恢复导频信号的过程包括捕获和跟踪两个步骤，分别完成导频信号的粗同步(初始同步)和细同步。导频信号的捕获也称为PN码捕获，导频信号的跟踪也称为PN码跟踪。在本发明中，导频信号的捕获采用基于最大能量窗的CDMA蜂窝系统初始同步方法。导频信号的跟踪采取基于多径信道能量窗重心跟踪环路的导频信道跟踪方法。

基于最大能量窗的CDMA蜂窝系统初始同步方法的基本原理为：

在CDMA接收机的初始同步阶段，由于无法确知接收信号的相位信息，常需要在分数间隔上对多径衰落信道进行估计，且需要采用不同相位的本地导频序列(PN码)进行试探，这时公式2可演变为： ${\stackrel{\‾}{c}}_{n,m}\left(k\right)=\frac{1}{{\mathrm{NE}}_c}{\∫}_0^{{\mathrm{NT}}_c}r(t-n{T}_c-m{T}_c/M)\·s_0^{*}(t-k{T}_c/M)\mathrm{dt},m=\mathrm{0,1},\·\·\·M-1$

                                              [公式4]式中T_c/M为分数采样间隔，k为某一可能的本地导频PN序列相位参数。

公式1中信道衰落因子c_n的有效分布范围定义为多径信号能量分布窗口(简称为多径能量窗)，该窗口的大小由多径信道的时延扩展范围确定。为方便以下的讨论，设c_n的有效分布范围为n∈[-L₁，L₂]。在城市、乡村和山区多径衰落环境下，该窗口的大小分别约为3μS6μS和15μS。窗口的大小与蜂窝通信系统所处的环境有关，而与所使用的频段无关。为使扩频接收机能够适用于各种环境，多径能量窗口的大小应按最大可能值选取，通常不大于30μS，则L＝L₂-L₁+1的取值应不大于30μS/T_c。

在多径能量窗口内，并不是所有的信号到达径均是有效的。为此应设定合适的门限，对窗口内每一径信号的能量(也即c_n的强度)进行判决。若大于门限，则为有效到达信号径；否则则为纯干扰径(IOP)。为避免性能恶化，所有的纯干扰径均不应参加运算。判决门限的选取应略大于导频信号(PN码)部分互相关(partialCorrelation)值的旁瓣值。

为了提供足够的捕获精度，接收机使用过采样技术对接收信号进行取样，其采样速率为PN码码片速率的M倍。设需要同步的导频PN码长度为P，则本发明所给出的PN码捕获方法需要从M×P个可能的PN码相位中，选择一个相位，使得多径能量窗口中所包含的多径能量最大化。

根据上述多径能量窗的概念，定义本地导频PN码相位为k时的多径能量窗如下： $E_{\mathrm{win}}\left(k\right)=\underset{n=-L_1}{\overset{L_2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{\left|{\stackrel{\‾}{c}}_{n,m}\left(k\right)\right|}^2$

                                              [公式5]则基于多径能量窗的捕获方法可以描述为，从所有可能的本地导频PN码相位k值中，进择一个k值使得下式取最大值： $\underset{k}{\max }{E}_{\mathrm{win}}\left(k\right)$

                                              [公式6]另一方面由公式4可得知，公式5所示的多径能量窗计算存在以下滑动窗递推关系： $E_{\mathrm{win}}(k+1)=E_{\mathrm{win}}\left(k\right)-{\left|{\stackrel{\‾}{c}}_{L_2,M-1}\left(k\right)\right|}^2+{\left|{\stackrel{\‾}{c}}_{L_1,0}(k+1)\right|}^2$                       [公式7]由此可在较大程度上简化初始同步所需的计算。

相邻小区搜索方法与上述PN码初始同步方法相类似，不同之处在于公式中所采用的PN码应为某一邻近小区的导频信号序列，所需要进行搜索的区间也应为由基站事先指定的区间，而非PN码所有可能的相位。

基于多径信道能量窗重心跟踪环路的导频信道跟踪方法的基本原理为：

若用k表示第k次信道估计结果，则相应的多径能量窗的重心由cg(k)=cg_w(k)/cg_s(k)给出，其中cg_w(k)和cg_s(k)的计算方法如下： ${\mathrm{cg}}_w\left(k\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}n{\left|\stackrel{\‾}{c_n}\left(k\right)\right|}^2,{\mathrm{cg}}_s\left(k\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\left|\stackrel{\‾}{c_n}\left(k\right)\right|}^2$

                                             [公式8]式中，刀对应于多径信道衰落因子 在多径能量窗口内所在的位置。注意公式8中每一参加运算的

应为大于指定门限的有效到达信号径。

设计多径能量窗重心PN码跟踪环路的基本思路是，设定多径能量窗重心的目标位置为cg_largct，通过观察实际测量所得到的多径能量窗重心值cg(k)与cg_largct的差别，调节接收机本地PN码的相位，使得两者的差别尽可能小。为方便计算，设cg_largct取值为零，则本地PN码的相位调整可简单地通过判断cg_w(k)的极性而得到，而无需计算cg_s(k)和cg(k)。

为避免多径衰落信号的随机变化及信道估计误差所带来的误调整，应对公式8所得到的重心估计值进行平滑滤波。设平滑滤波后的重心估计值为 则PN相位调节方法可概括为：若 $\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{cg}}_w\left(k\right)}>0,$ 则使本地PN码的相位超前δ；若 $\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{cg}}_w\left(k\right)}<0,$ 则使本地PN码的相位迟后δ；[公式9]若 $\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{cg}}_w\left(k\right)}=0,$ 则使本地PN码的相位保持不变。

本地PN码相位调整部分主要完成公式9所示的运算。采用对本地PN码发生时钟进行微调的方法，实现所需的本地PN码相位调整。图2示出了这种方法的实现框图。图中本地PN码时钟的发生是通过对一高倍(M倍)外部时钟的分频计数来完成的，而码片时钟的微调又是通过可变模计数器来完成的。若

取值为正，则计数器的模值取为M-1；若 取值为负，则计数器的模值取为M+1；其它情况下计数器的模值取为M_o通过这种方法，可实现公式9所示的PN码相位调整，其微调的相位差为δ＝T_c/M。通常M的数值可取为16或32，以保证足够精细的调整精度。4、自动频率校正(AFC)：

实际应用中，由于受体积和成本等方面的限制，移动终端的初始频率稳定度约限制在1ppm，所带来的基站和移动终端之间的频率差约为数百赫兹至数千赫兹。为此必须在移动终端中引入频率自动校正(AFC)功能，以降低上述频率差所带来的系统性能下降。考虑收发两端频率差的影响，公式1所示的等效基带模型可描述为： $r\left(t\right)=\underset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}{c}_n\&CenterDot;e^{1\mathrm{\&Delta;}\mathrm{\&omega;},l}\mathrm{\&Sigma;}{s}_i(t-n/W)+z\left(t\right)$

                                             [公式10]式中Δω_c为收发两端的频率差。公式2所示的信道估计可相应地修正为： ${\stackrel{\&OverBar;}{c}}_n=\frac{1}{{\mathrm{NE}}_c}{\&Integral;}_0^{{\mathrm{NT}}_c}r(t-n{T}_c)\&CenterDot;s_0^{*}\left(t\right)\mathrm{dt}=c_n\&CenterDot;\left\{e^{j{\mathrm{\&Delta;\&omega;}}_c{\mathrm{NT}}_c/2}\frac{\sin (\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&omega;}}_c{\mathrm{NT}}_c/2)}{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&omega;}}_c{\mathrm{NT}}_c/2}\right\}+N_a+N_c+N_z$ $\&cong;c_n{e}^{\mathrm{j\&Delta;}{\mathrm{\&omega;}}_c{\mathrm{NT}}_c/2}+N_a+N_c+N_z$

                                              [公式11]上式中假定Δω_cNT_c/2＜＜1。利用 c_n在接连两个区间t∈[0， NT_c]和t∈[(N+1)T_c，(2N+1)T_c]的估计值，并假定c_n在接连两个区间内近似保持不变，可以得到Δω_c的估计值，并利用该估计值调整移动终端的本振源，则可实现所需的AFC功能。5、越区软切换与宏分集：

越区软切换与宏分集是CDMA蜂窝通信系统一项必不可少的重要功能。在移动终端进入两个或多个相邻小区的边界区域时，需要对相邻的基站信号强度进行搜索，当某个相邻基站的强度大于指定值时，移动终端进入宏分集状态，对两个或多个基站同时进行通信，并对来自两个或多个基站发送的相同数据信息进行合并，以提高移动终端在位于小区边界时的性能。

上述越区软切换时所需的对相邻基站信号强度的搜索，可通过对相邻基站所发送的导频信道强度进行估计而完成。这只需要把公式2中的导频信号换成相邻基站的导频信号，并在一定的多径分布区间内进行信道估计而进行。当估计得到的导频信号大于指定的强度时，移动终端需通知目前正在进行通信的基站，并准备进入宏分集状态。

当移动终端进入上述宏分集状态时，需要对来自多个基站的信号进行接收并进行合并。这只需要把公式3中的扩频信号(序列)替换成相邻基站所发送的扩频信号，对处于宏分集状态的两个或多个基站的数据同时进行接收，然后在时间上对齐后进行二次合并即可。

本发明有益效果：

本发明针对衰落环境下多径信号的随机变化特性，提出了基于能量窗的初始同步方法，以及基于能量窗重心的PN码跟踪方法，无需对每一延迟路径单独进行处理，从而增加了整个扩频接收机在多径衰落环境下的稳健性。本发明还把扩频接收机所需进行的运算归结为公式2(或公式5)和公式3，并在此基础上提出了扩频接收机的一种综合设计方法，在较大程度上节省了所需的硬件资源。

附图说明：

图1.扩频接收机总体构成示意图。

图2.本地PN码相位调整实现框图。

由上述可知，CDMA扩频接收机的各个组成部分均以公式3和公式11(或公式2)为基础，经过一定处理后可实现导频信道的初始同步、跟踪以及信道估计、多径最大比合并、AFC、越区搜索、切换及宏分集等。依此为出发点，本发明给出了一种CDMA扩频接收机的综合实现结构。

现结合附图1说明作为本发明实施例的发明结构：

该结构设计共由状态控制单元(FSM_CONTROL)、定时发生单元(SYS_CLK)、数据延迟线单元(DELAY_LINE)、相关器组(CORRELATOR_BANK)、相关后数据处理单元(POST_CORR)、RAKE合并单元(RAKE_COMB)、二次合并单元(POST_COMB)、PN码发生及滑动单元(PN_GROUP)、WALSH函数发生单元(WALSH_GEN)、AFC环路计算单元(AFC_LOOP)和PN码跟踪单元等11个部分组成，各部分的功能简述如下：1)状态控制单元：FSM_CONTROL

该单元主要由CPU接口、接收机状态转移控制(TOP_FSM)、单元状态控制信号发生(DOWN_FSM)等三个基本模块组成，完成与基带控制CPU的信息交互，接收来自CPU的控制信息、产生各模块状态转移所需的控制信息，对各模块的状态执行情况进行记录，并上报CPU等功能。CPU接口模块设内置RAM一块，其存储空间大小视具体应用而定，典型情况为64x8bits。CPU通过中断轮寻方式对该RAM进行读写操作，实现与接收机状态转移控制模块的信息交互。TOP_FSM以中断信号(26.67ms、20ms或10ms，视具体应用或接收机状态而定)为周期从该RAM扫描并接收来自CPU的控制信息(如捕获状态、搜索状态、各种码道接收状态)及工作状态配置所需的系统参数(如码道号、扩频速率、搜索区间、帧偏移等)，决定下一个工作状态，并指示DOWN_FSM产生其它单元所需的控制信号。状态转移完成的指示信息通过TOP_FSM反送至RAM单元内，以便CPU能够获取相应的反馈信息。2)定时发生单元：SYS_CLK

定时发生单元主要接受外部时钟(通常为扩频序列码片速率的16倍或32倍)，通过分频与计数，完成系统所需的CPU中断信号、定时时钟及时序，并结合跟踪单元及状态控制单元进行定时调整。由于最多需支持N个基站的宏分集，因此需产生N套分别依赖于各个基站接收链路的定时信号，并配合各个基站信道估计及跟踪部分的结果对各个链路分别进行定时跟踪。在宏分集过程中，还需统计各个接收链路的相对时延变化，并通知CPU，由CPU控制二次合并单元，把各个链路的时延对齐后，实现宏分集功能。3)数据延迟线单元：DELAY_LINE

数据延迟线由四组存储空间为18x6比特的RAM或D触发器组成，完成输入数据四倍采样及72个1/4码片间隔的延迟抽头输出，其结果通过时分复用的方式送往相关器组单元。4)相关器组：CORRELATOR_BANK

相关器组由四组相关器组成，每组相关器通过时分复用1个复数相关器(以32倍码片速率进行复用)完成31次有效相关积分，从而形成总数为31x4的等效相关器。每个等效相关器以码片间隔完成公式3及公式5(或公式2)所示的计算，每组相关器按照时分复用的顺序分别编号为0至30号，其中每组中的0至17号相关器(四组共4x18个等效相关器)用于多径信道并行估计，并由后续的POST_CORR单元完成捕获、越区搜索、有效径的选取等；每组中的18至30号相关器分别用于不同基站的有效径的信道估计和数据承载码道的数据解扩，共可支持多达3个基站的宏分集。

上述相关器组的配置可根据不同的具体应用进行配置，能够方便地支持不同的体制标准。5)相关后数据处理单元：POST_CORR

本单元接收来自CORRELATOR_BANK的相关器输出，并根据FSM_CONTROL单元的控制信号，完成对相关器输出结果的数据处理，主要完成基于能量窗的初始捕获、越区搜索、有效多径选择等。并将处理结果送往PN码跟踪单元、AFC环路单元和状态控制单元。6)RAKE合并单元：RAKE_COMB

接收来自POST_CORR单元的信道估计和解相关数据流，并根据FSM_CONTROL单元的控制信号完成对有效多径的合并功能(公式3)，其结果输送至二次合并单元。7)二次合并单元：POST_COMB

接收来自RAKE_COM单元的多径合并结果，并根据FSM_CONTROL单元的控制信号决定是否需要进行多个基站的宏分集功能。若需要进行宏分集，则需按照CPU提供的各个基站的路径时延差进行延迟，使之相互在时间上对齐，最终完成多个基站的宏分集功能。8)PN码发生及滑动控制单元：PN_GROUP

提供系统所需的五路PN码，其中三路可用于解扩三基站数据，一路用于越区搜索，一路可用于发射机。其中越区搜索用的PN码定时依赖于主接收链路。PN码滑动过程中的瞬态过程被屏蔽，以避免接收机的解调结果发生混乱。用于发射机的PN码，其定时依赖于开机捕获到的基站定时。当任何一个接收链路释放时，该链路PN码应与主接收链路PN码同步。以保持PN码间相对参考位置处于确知状态。9)Walsh函数发生单元：WALSH_GEN

接受FSM_CONTROL及SYS_CLK的控制，产生三路依赖于各接收链路的Walsh序列。10)AFC环路计算单元：AFC_LOOP

根据POST_CORR单元提供的导频信道有效多径信息，进行频率误差估计及环路滤波计算，其结果送往可控的频率基准单元。11)PN码跟踪单元：CG_LOOP TRACKING

接收来自POST_CORR单元提供的导频信道有效多径的信道估计，进行能量窗重心计算及环路滤波计算，通过公式9得到可变模计数器的模值。送往定时发生单元SYS_CLK对本地PN码发生时钟进行微调，从而完成本地PN码相位调整。

以下进一步描述使用本发明实现CDMA蜂窝系统扩频接收机几个主要功能的基本操作方法。1)初始捕获功能

由控制CPU向FSM_CONTROL模块写入初始捕获状态控制字，该控制字包括初始捕获控制命令、搜索的区间长度及滑动相关使用的PN码编号、每次积分周期长度等信息。当下帧起始位置到来时，TOP_FSM模块从接口RAM接收该初始捕获信息，进行捕获初始化，并通知DOWN_FSM模块产生PN码状态控制信号、CORRELATOR_BANK模块的积分周期控制信号及POST_CORR模块捕获状态控制字等信号。

PN_GROUP模块接收到所使用的PN码编号及每次滑动的码片数等信息后，周期性地滑动PN码，使其输出每一积分周期跳过16个码片，并将其输出送到CORRELATOR_BANK模块。

CORRELATOR_BANK模块接受基带输入采样信号及上述PN码信号，并根据DOWN_FSM的控制信号，周期性地进行公式2或5所示的相关运算，每次积分得到64个1/4码片间隔的多径信道估计，其结果送到POST_CORR模块进行后续处理。

POST_CORR接收到CORRELATOR_BANK模块的并行积分输出，并根据DOWN_FSM提供的控制信号，进行滑动能量窗的计算与最大值的比较。

重复上述过程，直至到达CPU所指定的搜索区间长度时，DOWN_FSM发出捕获停止信号，POST_CORR模块将滑动能量窗所在最大位置及能量值反送至FSM_CONTROL模块，由CPU读取。

CPU获得最大能量窗位置及能量值，判断是否大于捕获所需的基本能量。若成立，则由CPU向FSM_CONTROL发出PN码滑动信息，由FSM_CONTROL模块控制相应的PN码建立所需的初始同步PN码(称作为主同步码)。否则本次捕获宣告失败。

初始同步完成后，CPU应立即通知FSM_CONTROL进入同步跟踪状态，这时CORRELATOR_BANK模块根据所建立的主同步码进行相关运算，其结果送到POST_CORR模块，由其选出有效路径，计算其重心所在位置，并根据重心的偏移产生PN微调信号。SYS_CLK模块根据该微调信号，对码片时钟进行微调，以保持码片时钟的同步。CPU还应通知FSM_CONTROL模块进行AFC运算，并将其结果用于调节接收机RF模块的主参考时钟。2)数据解扩功能

当接收机需对某一码道进行解扩时，CPU需向FSM_CONTROL模块写入状态控制信息及所需的参数信息，包括码道号(WALSH序列号)、积分长度等。FSM_CONTROL接收到CPU写入的信息后，由TOP_FSM在中断到来时读入该信息，并通知DOWN_FSM产生所需的控制信号。

PN_GROUP模块提供数据解扩所需的主同步PN码。

WALSH_GEN模块产生所需的WALSH序列信号。

CORRELATOR_BANK模块接收基带采样信号、主同步PN码及WALSH序列，并根据DOWN_FSM产生的积分周期控制信号，进行公式3中所示的积分运算，同时进行公式5所示的信道估计运算(每个积分间隔完成4x18个信道参数的估计)，其结果由POST_CORR取出后传送至RAKE_COMB模块。

POST_CORR模块在进行数据解扩功能运算时主要完成两方面的工作，一方面根据导频信号的接收结果，确定有效多径数及其位置，反送至CORRELATOR_BANK模块，从而确定出下一积分间隔数据解扩有效多径的位置。另一方面把有效多径的信道参数挑选出来，送往RAKE_COMB模块进行多径合并。

RAKE_COMB模块接收来自POST_CORR提供有效路径参数估计结果及数据解扩结果，进行最大比合并，其结果通过并行接口送往信道译码单元。3)越区搜索功能

越区搜索功能的过程与初始捕获过程基本相同，所不同的是，越区搜索功能需与其它功能(如数据解扩功能)同时进行，且搜索的区间是由CPU指定的某一局部区间。4)宏分集与软切换功能

宏分集与软切换功能的实现过程比较复杂，共分为宏分集准备阶段、宏分集实施阶段和宏分集去除阶段三个部分。在宏分集准备阶段，需进行以下操作：

a)在与单基站通话过程中，移动台按照基站的要求搜索各个基

站导频强度，当某一基站的强度超过指定门限时，向基站报

告搜索结果，接到基站应答后，修改移动台所维护的激活集

ActiveSet。

b)计算各基站到达移动台的时延，其目的是确定各基站之间的

符号级时延关系，上报给CPU，并提供给POST_COMB模块，用

于对齐各基站合并的到达时延。

移动台完成上述宏分集准备过程后，进入宏分集实施阶段。移动台在对多个基站到达信号进行合并的同时，应实时地搜索各个基站的强度及其到达移动台时延的变化，调整各基站信号到达移动台的符号级延迟，以保证接收机完成对多个基站信号的同步接收，并实时测量各基站的导频信号强度。

当某一参与宏分集基站的导频强度低于指定门限时，启动T_Drops定时器。若定时器终止，则进入宏分集去除阶段。

在宏分集去除阶段，与待去除宏分集基站有关的所有定时及计数被复位，宏分集过程中被使用的PN码定时恢复到与主接收基站相同步的状态。该基站所使用的导频信号也被从激活集中消除。

本发明已应用于我们自行研制的符合3GPP2 Release A标准的cdma2000蜂窝移动通信车载移动台样机中。该样机中的扩频接收部分采用Xilinx公司的一片XC4085xla FPGA芯片加以实现，其主要参数列举如下：

扩频码片速率1.2288MHz；

I/Q采样速率4×1.2288MHz，6比特输入；

外部时钟(EXT_CLK)39.3219MHz；

信道估计积分周期384个码片间隔(N＝384)；

初始同步时间0.75秒；

AFC适应范围正负2kHz；

传输数据速率19.2kbps至307.2kbps。

经过实际测试，利用本发明所设计的扩频接收机在车载移动多径衰落环境下，较传统方法具有较好的稳健性。

Claims (4)

1.直接扩频/码分多址综合扩频相干接收装置，其特征在于由以下几部分组成：状态控制单元、定时发生单元、数据延迟线单元、相关器组、相关后数据处理单元、RAKE合并单元、二次合并单元、PN码发生及滑动单元、WALSH函数发生单元、AFC环路计算单元和PN码跟踪单元11个部分，

其中，状态控制单元接收来自CPU的控制信息、产生各模块状态转移所需的控制信息，对各模块的状态执行情况进行记录，并上报CPU；

定时发生单元主要接受外部时钟，通过分频与计数，完成系统所需的CPU中断信号、定时时钟及时序，并结合跟踪单元及状态控制单元进行定时调整；

数据延迟线单元完成输入数据四倍采样及72个1/4码片间隔的延迟抽头输出，其结果通过时分复用的方式送往相关器组单元；

相关器组通过时分复用一个复数相关器完成31次有效相关积分；

相关后数据处理单元接收来自CORRELTOR_BANK的相关器输出，并根据FSM_CONTROL单元的控制信号，完成对相关器输出结果的数据处理；

RAKE合并单元接收来自POST_CORR单元的信道估计和解相关数据流，并根据FSM_CONTROL单元的控制信号完成对有效多径的合并功能，其结果输送至二次合并单元；

二次合并单元接收来自RAKE_COM单元的多径合并结果，并根据FSM_CONTROL单元的控制信号决定是否需要进行多个基站的宏分集功能；

PN码发生及滑动单元提供系统所需的五路PN码；

WALSH函数发生单元接收FSM_CONTROL及SYS_CLK的控制，产生三路依赖于各接收链路的WALSH序列，提供给相关器组单元；

AFC环路计算单元根据POST_CORR单元提供的导频信道有效多径信息，进行频率误差估计及环路滤波计算，其结果送往可控的频率基准单元；

PN码跟踪单元接收来自POST_CORR单元提供的导频信道有效多径的信道估计，进行能量窗重心计算及环路滤波计算，得到可变模计数器的模值，送往定时发生单元SYS_CLK对本地PN码发生时钟进行微调。

2.如对权利要求1所述的直接扩频/码分多址综合扩频相干接收装置，其特征在于：该装置以时分复用的相关器组及由此得到的相干信道估计器组为核心，集PN初始同步与跟踪、RAKE分集相干合并、AFC及多小区搜索与合并接收、越区软切换为一体。

3.如权利要求1所述的直接扩频/码分多址综合扩频相干接收装置，其特征在于：对多径能量窗进行并行处理，

4.如权利要求1所述的直接扩频/码分多址综合扩频相干接收装置，其特征在于：宏分集与软切换功能的实现，共分为宏分集准备阶段、宏分集实施阶段和宏分集去除阶段三个部分。